第八章原子结构讲述.ppt

教学基本要求 掌握4个量子数；掌握原子轨道、电子云的角度分布图；掌握Paili不相容原理、 能量最低原理、Hund规则和电子组态。 熟悉波函数和概率密度；熟悉电子组态与元素周期表的关系；熟悉近似能级。 了解原子半径、电负性的变化规律，了解Bohr的原子结构理论，了解波粒二象性，了解元素和健康的关系了解径向分布函数图的意义和特征。 二、玻尔理论 玻尔的原子结构理论的基本要点如下： （1）电子只能在某些特定的圆形轨道上绕原子核运动，在这些轨道上运动的电子既不放出能量，也不吸收能量。 （2）电子在不同轨道上运动时，它的能量是不同的。电子在离核越远的轨道上运动时，其能量越高；在离核越近的轨道上运动时，其能量越低。轨道的这些不同的能量状态称为能级，其中能量最低的状态称为基态，其余能量高于基态的状态称为激发态。原子轨道的能量是量子化的，氢原子轨道的能量为： （3）只有当电子在能量不同的轨道之间跃迁时，原子就会吸收能量或放出能量。当电子从能量较高的轨道跃迁到能量较低的轨道时，原子以光的形式释放出能量，释放出光的频率与轨道能量间的关系为： 玻尔理论成功地解释了原子稳定存在的事实和氢原子光谱。 在正常状态时，核外电子处于能量最低的基态，在该状态下运动的电子既不吸收能量，也不放出能量，电子的能量不会减少，因此不会落到原子核上，原子不会毁灭。 当原子从外界接受能量时，电子就会跃迁到能量较高的激发态。而处于激发态的电子是不稳定的，它会跃迁回能量较低的轨道，同时将能量以光的形式发射出来，发射出的光的频率决定于跃迁前后两个轨道间的能量差。由于轨道的能量是不连续的，发射出的光的频率也是不连续的，因此得到的氢原子光谱是线状光谱。 1.光的波粒二象性 波粒二象性是指物质具有波动性又具有粒子性。 波的特性主要表现在具有一定的波长和频率,能产生干涉、衍射等现象。 物质的粒子性表现在运动中具有动量或动能。 求解E 和? E——电子的总能量； ?——电子的波函数。 波函数本身缺乏明确的物理意义，但波函数的平方却有明确的物理意义， 即?2表示在空间某处电子出现的概率，即在该点周围微体积中电子出现的概率。 波函数的基本特性 ①波函数是描述原子核外电子运动状态的数学函数，每一个波函数代表电子的一种状态。 ②每一个波函数代表一个原子轨道。由于?决定电子在核外空间的概率分布，相似于经典力学中宏观物体的运动轨道。因此，量子力学中通常把原子中电子的波函数称之为原子轨道或原子轨函。 ③每一个波函数都有相应的能量。 ④ |?|2代表电子的概率密度。从理论上可以证明代表电子在核外空间某处单位体积内出现的概率，也就是概率密度。 在多电子原子中，当 n 相同而 l 不同时,电子的能量还有差别。又常将一个电子层分为几个亚层。当 l ＝0、1、2、3 时，分别称为 s、p、d、f 亚层。n＝1 时，l ＝0，K 层只有 s 亚层； n＝2 时，l ＝0、1，L 层有 s、p 亚层； n＝3 时，l ＝0、1、2，M 层有 s、p、d 亚层; n＝4 时，l ＝0、1、2、3，N 层有 s、p、d、f 亚层。 一、多电子原子的能级 屏蔽作用（screening effect） 原子中电子i受其它电子排斥，抵消了部分核电荷的吸引，称为对电子i的屏蔽。用屏蔽常数σ（screening constant）表示抵消掉的部分核电荷。 能吸引电子i 的核电荷是有效核电荷（effective nuclear charge） Z′，它是核电荷Z和屏蔽常数σ的差： Z′= Z –σ 屏蔽作用（screening effect） 以Z′代替Z，近似计算电子i的能量 外层电子对内层电子，σ=0； n-1层电子对 n层电子，σ=0.85； 更内层的电子对外层电子，σ=1.00； 同层电子之间，σ=0.35； 1s电子之间，σ=0.30。 l 相同，n不同时，n越大，电子层数越多，外层电子受到的屏蔽作用越强，轨道能级愈高： E1s ＜E2s ＜E3s ＜… E2p ＜E3p ＜E4p ＜… … n相同，l不同时，l愈小，D(r) 的峰越多，电子钻穿能力愈强，在核附近出现的可能性越大，能量就愈低： Ens ＜Enp ＜End ＜Enf＜… 能级交错 n 、l 都不同，一般n越大，能级愈高。但有反常现象，如